CN1070676C - 一种蜂窝无线系统 - Google Patents

Abstract

在蜂窝无线系统中，提供一个呼叫从一个控制中心(Mx)，(例如一个紧急服务控制器)，或从任何移动单元(Ma)，(Mb)，(Mc)等被广播到所有其它点的补充业务。每一个网孔分配一单一信道给广播服务，不考虑网孔内移动单元的数量。这允许较对每一个移动单元使用单独的信道更有效地使用可用信道。在一个实施例中，除非在该网孔中至少有一个移动单元响应一个寻呼信号，没有信道被分配到一个网孔。寻呼在一个广播呼叫过程中可以继续，以允许一个信道在一个移动单元进入一个先前未占用网孔时被分配，或允许所有移动单元离开一个先前占用的网孔时，释放一个信道。广播补充业务可以在一个也支持其它不接受广播服务移动单元的蜂窝网络上被提供，它的操作不受其影响。

Description

一种蜂窝无线系统

本发明涉及蜂窝无线系统。一个典型的蜂窝无线系统包括许多链接在一起组成网络的基站，基站受控于一个也可以连接到一个固定网络的移动交换中心。每一个基站具有一或多个在环绕基站的一个区域内提供无线覆盖的天线。这个区域叫作一个网孔。每个基站能够与运营在其网孔内的许多移动单元进行无线通信。

为了建立到移动单元的一个呼叫，移动交换中心发出一个寻呼信号给所有基站。如果被寻呼的移动单元响应，收到向应的基站从其可用的许多信道中分配一条信道，以与移动单元通信。

在传统的蜂窝无线系统中，一个移动单元在其呼叫整个过程中不保持在同样的资源(无线信道)上。随着移动站在网络内从一个网孔移动至另一个网孔，在网络内，从原来的网孔的一个资源转移到新网孔中的另一个资源通过交换到一个新的信道来执行。这允许移动单元在特定的地理区域内漫游而无明显的通信路径中断，而允许重用其它移动单元释放的资源。现存的蜂窝无线系统被设计为被单独的产生和接收基于一对一呼叫的移动单元使用，因此一个移动单元可以连接到蜂窝网络上的另一个移动单元，或到一台被互连的固定网络(如PSTN)上的终端。当建立一个呼叫时，移动单元被分配一条信道(诸如用频率和/或时隙定义)，在分配期间，只有该移动单元可以使用该信道。

基于某些目的，特别在紧急服务(ESs)，诸如火警，匪警，急救，海岸警卫，山区救援等等，要求一个控制中心(“调度员”)能够同时呼叫所有移动单元(叫做“广播”服务)或一个移动单元呼叫所有其它移动单元(“全通知”服务)。无论如何，这些服务要求需要访问的设施只是它们运作要求的一小部分。为提供这样的服务昂贵地占用设备和无线带宽中的频谱是资源的浪费。其它具有区域雇员的服务，如出租汽车和公共运输司机，设施如加油站和电信公司，及调度公司也需要一次与几个区域的雇员通信。

这些服务的许多其它通信要求可以被现存的蜂窝系统所满足。例如，现存的系统允许在一个单独的移动单元和调度之间建立由任一方起始的呼叫。无论如何，现存的蜂窝无线系统不满足对“广播”或“全通知”服务的要求。而在蜂窝网络上支持紧急服务是特别有益的，因为紧急服务现有的专用网必须具有高容量以允许系统处理非常情况，但这种容量很少被需要，且系统通常利用率低。

某些网孔系统提供一个叫做“多方通话”或“会议通话”的附加业务。这允许许多移动单元同时与调度和相互通信。呼叫建立可由任何参加者发起。无论如何，多方通话有一些对紧急服务的操作约束。特别是需要单独建立通话；具有内在的时间开销，且需要为多方呼叫的每一个成员提供分离的无线资源给系统，而这是浪费物理资源且可导致容量问题的。

由于它们的责任的性质，紧急服务通常必须分配大量的资源到一个小区域。如果每一个单元需要其自己的信道的话，这可能给一个网孔系统的本地基站的资源提出高昂的需求。即使紧急服务被赋予超过所有其它用户的优先级，基站也可能不能满足这些容量要求。紧急的这一特性使得正常的网孔增强方法不适用于处理这些不可预测的突发高需求。

按照本发明，一种蜂窝无线系统包括：一个交换中心和多个每个有多条业务信道服务于一相关网孔的基站，及多个移动单元，其中多个无线基站的每一个均有一相应的专用于广播服务的信道，及一个至少有一些能鉴别广播服务信道的移动单元的选定组，所以来自交换中心的一个呼叫可以被基站在信道上发送给各网孔内该移动无线单元的选定组。

每一个基站包括发送一寻呼信号的装置，选定组的每个移动单元具有发送对寻呼信号相应的装置，以及每个基站具有在那些收到一或多个对寻呼信号响应的基站为广播服务指明一信道的装置。

在这种安排中，提供在一个广播期间定期中继寻呼信号的装置是有用的。可以安排为，如果在特定的网孔内没有移动单元对重复的寻呼信号响应，然后专用于广播服务的信道可以被释放。此外，可以安排为，如果一个移动单元进入一个还没有其它单元出现的网孔，在一个广播的中途分配一个信道。

可以按照需要覆盖的区域来选择可以发送广播服务的多个基站，例如广播服务用户所覆盖的管理区域。

在一个优选的实施例中，有一个广播从其中一个移动单元发起的设施，用来提供前面描述的“全通知”服务。在本规范书下文中采用的术语“广播”包含了这样的一个服务。

可以提供支持到不同移动单元组的多个广播服务装置，这样来安排，为多个基站的每一个分配一个相关的信道用于广播服务。这使得不同用户群的几个广播服务同时被提供。基站的不同组可以支持不同的广播服务组，以允许不同但重叠的地理覆盖要求。

对于某些实施例，使用传统的移动无线手机单元是可能的。例如，在广播服务通过寻呼发起的系统中，单元可能具有允许其响应一特殊的广播服务寻呼信号的装置，但可选地，系统可能通过匹配其识别编码与诸如系统部件中一个标识一个移动单元是否被授权使用蜂窝网络的附加查阅表，来简单地识别单元是否定购了广播服务。无论如何，对于下面描述的许多优选的安排，可能要求特定的无线单元。

在一个一条单一信道被永久分配给广播系统的实施例中，系统中使用的移动无线单元在其操作于另一信道时，监视广播信道是有利的，(例如，在正常网孔方式)，并且如果在该信道上检测到业务量就安排切换到广播信道。此处一个广播可以被其中一个移动单元起始，单元包含假如在该信道检测到其它业务量就禁止单元在广播信道上发送的装置是有用的，为了确保这点，一个时刻只有一个单元广播。进而，如果单元在其正在广播信道发送的同时继续接收，就可能产生回波效应和/或反馈啸声可能产生。因此，包括在向广播信道发送时，用于禁止单元接收的装置是有用的。

本发明优选的实施例将参考附图进行描述。

本发明的附图简要地表示了本实施例的一个蜂窝无线系统和它用于广播目的的覆盖区域。

上述覆盖区域包括三个网孔，(网孔1,2和3)，它构成了一个较大型网孔网络(在图中用点线指示)的一部分。在每个网孔中，有一个在网孔内与移动单元(Ma,Mb等等)建立无线联系的基站系统(BSS)。

一个控制蜂窝网络的交换中心(MSC)依例如GSM泛欧洲数字蜂窝系统的蜂窝系统中的惯例与一个原始位置寄存器(HLR)和访问者位置寄存器(VLR)相关联。

广播服务的操作员，典型地为一个紧急服务的调度员，具有一个链接到移动交换中心的控制点。控制点可能共存于移动交换中心，但通常处于其它位置。

结合图描述的两个实施例在信道被分配支持广播服务的方法上不同。前者使用一个固定或专用的广播信道，而后者使用一个灵活的广播信道分配。

这些广播信道不要与一个广播控制信道(在GSM中叫做BCCH)混淆；它提供蜂窝网络作为一个整体的控制信令信息。尤其是，广播控制信道提供了在产生对该单元的一个入呼叫时，为识别一个移动单元的位置所需的寻呼功能。这些控制信道仅仅是承载信令数据的信令信道。在本发明中的广播信道是在此之外的，且在正常环境中承载话音。

在图中三个网孔1,2和3表示定购广播服务的移动单元打算运作的覆盖区域。例如，它们代表一个单一警署管辖的范围。作为一个整体的网络可以为多于一个业务提供广播服务，如，在相临区域中的警署。进而，不同的紧急服务在同一区域或重叠区域内可以有它们自己的广播服务，每一个被分配给它自己的信道，或其自己的寻呼信令。网孔1,2和3的每一个有一个基站，分别标识为11,12和13,并有许多标识为Ma,Mb,Mc,Md,Me和Mf，可以在整个蜂窝网络漫游的移动单元。调度员或控制点用Mx标识。

首先考虑固定广播信道实施例，每个基站具有一个被分配的紧急信道，具有一特定的频率(Fx,Fy,Fz)和时隙(Ta,Tb,Tc)。一个构成广播系统部分的移动单元将被设置为连续监视这一信道。移动单元也可以以正常移动单元的相同的方式操作，即它们可以产生和接收点到点呼叫。随着移动单元(Ma-Mf)在警戒区域中漫游，每个单元监视与其所处网孔关联的广播信道。广播信道在广播控制信道上被识别，而一个移动单元正常地监视寻呼信息和其它控制数据，因此在移动单元从一个网孔进入到另一个网孔时，广播控制信道信息将指导其监视新的网孔的广播信道。可选的替代控制信道的指引，可以安排移动单元调谐到提供最佳质量等级的广播信道，即最高信号电平。

当在控制点Mx处的调度员请求进行一个广播时，他选择所希望建立呼叫的广播区域(它可能仅是一个网孔，或所有网孔，或全网的任何子集)，然后广播报文。那些处于空闲状态的移动单元已经被调谐到选定区域中的广播信道，因此它们能够立即接收呼叫。处于点到点呼叫中的任何移动单元被通知正开始一个广播呼叫，因此它们亦可以调谐到广播信道。这个广播呼叫指示可以被安排自动引起任何这样的点到点呼叫，或允许用户操作移动单元选择是否侦听广播呼叫或继续点到点呼叫。

当广播完成时，调度中心将释放呼叫，且移动单元重新监视广播言道。

正常情况下，在蜂窝系统中的移动单元在进入一个新的位置区域时，以预定义的时间间隔被要求执行一位置更新。位置区域由网络操作员指定，且位置区域信息被广播给广播控制信道上的所有移动单元。正常情况下，移动单元保持位置信息，并将其与随后收到的信息比较，以确定是否需要一个位置更新。特别是，如果广播控制信道上广播的位置信息已经改变，这象征着该移动单元目前处在一个不同基站范围内。

广播信道的转移过程完全在移动单元内操作，它基于测量移动单元内的或广播信道或控制信道，确定哪个网孔将提供最佳服务等级。如果移动单元完全漫游到广播区域外(即例如图1中出网孔1,2和3外，进入网孔4)，然后它将漏失任何广播呼叫。

由于移动单元依然在传统的蜂窝网络内，它当然仍可与自己的调度员(或任何其它调度员)通信。这是优于现存的专用移动网络之处，后者没有区外能力。

在执行位置更新时，一个移动单元将传送其身份给网络，然后它被用于确定VLR(访问者位置寄存器)必须传送位置更新信息所至的原始位置寄存器(HLR)地址。在接收更新时的原始位置寄存器将传递服务信息返回到新的VLR，并删除所有的该移动单元在任何先前VLR上的先前入口。

在使用一个通用广播标识时，紧急服务移动单元不应当使用它做位置更新，而是使用它们自己的特殊的识别。HLR具有一个存贮在其中的，永久的VLR地址入口用于覆盖广播区域的广播服务，即广播区域和广播识别，VLR和HLR间具有固定的关系。通常，所有的信息被预存储在HLR中而无需下线装载到VLR。

广播区域可以被专门以适合个别的紧急服务或其它服务操作区域。这具有减少位置更新信息和提供指示移动单元已移出覆盖区域的装置的优点，且由于不在移动单元不应当出现的那些网孔发送寻呼信号，而降低了信令开销。区域可以为一个管理区，例如一个警署辖区，或按照用户的性质选定；诸如限制广播只对覆盖一公共交通运营者线路的那些网孔进行。

本蜂窝系统无需修改即可以支持传统的移动单元(未装备监视紧急信道设施)。紧急信道的出现无论如何将不会影响这些单元。

如果希望在广播信道使用加密，一设施将对紧急服务特别有用，它可以在固定信道系统中比较容易地提供。加密算法可以在对空接口上执行，例如允许所分配的固定信道以只为操作系统和移动单元中的加密软件所知的预确定原则变更。可选地，紧急服务可能喜欢运行自己的端到端加密算法，而对空接口无其它的加密。

虽然以上描述的固定广播服务具有许多优点，这样的一个系统的一个明显缺点是，资源(特别是无线信道)必须在广播区域中每个网孔内被永久地保留，而不论其是否被使用。现在将被描述的灵活选择改永久的，固定的分配为按需分配。它允许以某些较高的复杂性代价，换取更为有效地使用广播区域中的资源。因为紧急服务特别易于被分配给最高的优先等级，所以寻找一个可用于广播服务的信道不应当存在问题，即使这意味着一个现存的点到点呼叫必须被漏失。

为了提供一个灵活的广播信道，每个移动单元被分配两个标识；也就是被用于如标准蜂窝移动网络的个别呼叫的唯一标识，用于广播呼叫的一个运营组标识。

移动单元的基本操作保持与标准蜂窝网络中的相同，即移动单元能够产生和接收点到点呼叫。为了建立一个广播呼叫，一个广播组标识被广播区域中所有的基站11,12,13寻呼。操作在广播区域中的具有广播组标识的每一个移动单元响应基站作为一个正常的寻呼。每个网孔中的第一个响应的单元被分配一个信道例如(网孔1中的Fx/Ta)。如果在同一网孔内有另一个移动单元(如Mb)，它被指导调谐至同一信道，正如前一个实施例中。无论如何，不像前一个实施例，如果在一个特定的网孔中没有移动站响应，则该网孔中不分配信道。

因此，本发明提供了一种蜂窝无线系统，该系统包括：一个交换中心(MSC)和多个每个有多条业务信道服务于一相关网孔的基站(11,12,13)，及多个移动单元(Ma,Mb,Mc,Md,Me,Mf)，其中多个无线基站的每一个均有一相应的专用于广播服务的信道(Fx,Ta)，及一个至少有一些能鉴别广播服务信道的移动单元的选定组，所以来自交换中心(MSC)的一个呼叫可以被基站(11)在信道上发送给各网孔内该移动无线单元(Ma,Mb)的选定组。

每一个基站(11,12,13)包括发送一寻呼信号的装置，选定组的每个移动单元(Ma,Mb,Mc,Md,Me,Mf)具有发送对寻呼信号相应的装置，以及每个基站具有在那些收到一或多个对寻呼信号响应的基站为广播服务指明一信道的装置。

本发明的蜂窝无线系统还包括从一个移动单元使用专用于广播服务的信道始发一个广播的装置。

根据本发明的蜂窝无线系统，一旦其中一个移动单元始发一个广播，该移动单元所通信的基站执行一个定时调整到从该移动单元到基站的通信路径上。

此方法在利用资源方面较固定方式更为有效，因为它只要求在那些有申请广播系统的移动单元的网孔内使用信道。

在寻呼时，如果某一紧急服务移动单元被一点到点呼叫占用，该呼叫将被终止。分配给该呼叫的信道然后可被用于广播服务。如果目前没有占用点到点呼叫的紧急服务移动单元，则将分配一空闲信道，或假如无空闲，从一较低优先级呼叫占用一个信道。理想情况下，一个警告信息将警告主叫所发生之事和原因。

根据本发明的蜂窝无线系统，包括能在一信道被夺取前，向现存的呼叫各方发送一警告信息的装置。

一旦物理信道已经被确定，基站将建立一个到移动交换中心的连接。在广播区域中涉及的每个基站通过交换中心MSC被连接到调度中心Mx，此处将是一个互连业务量服务至调度员的多连接会议网桥。该会议网桥不需要像一传统方式中独立工作的所有移动单元间的会议一样复杂，因为每个基站只有一个到网桥的连接，而不需要每个移动单元一个连接。

移动单元在服务正运行时，使其发送器禁止，因此一个基站将不能从移动单元的上行链路上接收任何信息。这意味着移动单元将不接收任何功率控制或定时前进信息。

当不再需要广播设施时，调度员释放阻止寻呼的呼叫并释放在广播区域中每个网孔中的资源。然后移动单元可以重用正常的网孔操作。

在此第二个实施例中，对转移的安排与第一个实施例中那些安排有点不同。当一个移动单元，例如Mb，移出网孔1中的广播信道的范围时，正常情况下它将漏失该网孔中的广播组。此漏失判定由移动单元做出，并依据了服务质量的测量。传统的转移技术不能用于此处，因为在广播服务中，一个移动单元在网孔间的移动不必要求在新的网孔中分配一新的信道或释放原有网孔中的信道(像在传统的转移中那样)，因为其它移动单元可能出现在任一或两个网孔中。取而代之的是，寻呼规程在广播呼叫期间定时重复。如果在一个网孔中，一个移动单元(即其进入了一个空网孔)响应目前未被分配信道，一个信道将被分配。一个移动单元也许错过了初始的广播服务寻呼尝试，但一个合适的重复率将最小化在移动单元正在寻找新的信道时发生的话音丢失的等级。通过使用广播控制信道来为在广播组中每个现用网孔中的移动单元广播物理信道数据，可以加速转移过程。

本发明的蜂窝无线系统还包括能在广播过程中定期重复寻呼信号的装置。

如果没有移动单元对一来自基站的反复寻呼作出响应，则可能假设在此网孔中不再有任何移动单元，且信道可以被释放。无论如何，由于一个移动单元依然在此网孔中，但错过了寻呼尝试的可能性，信道只在多次连续的寻呼尝试未得到一个响应后才被释放。

当不再需要广播设施时，则广播中心中止进一步的寻呼呼叫，及释放基站和移动单元上的资源。

位置管理相似于上述的固定信道实施例。

灵活广播实施例中，可以前面固定信道实施例中提供的相同方式提供加密。可选地，可能有一个更为灵活的方法，与传统的网孔系统采用的方法更协调一致。

此方法要求广播服务移动单元Ma至Mf在移动单元被允许转移到共享的物理信道前，首先在专用的信令资源上被验证。按与标准网孔无线加密系统非常相似的方法，加密密匙在确证过程中从一个随机数中生成。移动单元用一个在加密开始前被检查的响应响应访问者位置寄存器。无论如何，必须注意，系统中所有的元素必须使用相同随机数，并为一服务网孔中每一个移动单元生成相同的加密密匙，因此它们可以共享同一物理信道。特殊的组标识分配也必须为一个密匙的相同分配所支持，否则，一不同的响应将返回到VLR且为组的每个成员生成不同的加密密匙。

也许有一个在特定的地理区域中提供广播服务的要求，诸如不同的警区。这可以通过使寻呼专利用于一定的基站来提供。通常，寻呼区域被操作员预定义并被VLR管理。这意味着。对于所有的呼叫，同一基站被用于寻呼。无论如何，如果一个移动站标识和VLR中寻呼区域的链接被建立，一个操作员就可能只对特定的处在特定的区域中的标识提供寻呼。这样，灵活的移动系统具有在网孔无线系统中更有效地使用信道资源的优点，而付出某些复杂性及较慢的呼叫建立和转移响应时间的代价。

前面描述的任一系统可以提供“全通知”服务，来自一个移动单元Ma的信息可以被所有其它移动单元听到。呼叫建立如同前述，除了呼叫由移动单元Ma而非控制点Mx起始。移动单元Mb因此将被分配与Ma相同的信道，因为它处在同一网孔中。为了避免迟延了的话音被讲话者听到，进行传输的移动单元Ma使接收被禁止。移动单元Ma,Mb,Mc,Md,Me,Mf被设计为，如果在该信道检测到任何业务量就禁止发送，因此一次只有一个移动单元可以发送。

为了在广播信道的上行链路部分发送，移动单元必须确定一个定时超前。一随机访问脉冲在广播信道的上行链路上被传送到基站，且一个定时修正被计算并用广播信道的下行链路部分移交到移动单元。一旦已经获得定时修正，移动单元就可以发送。假定在运营的控制机房中有一个可用的会议设施，发送的移动单元的话音可以在下行链路广播信道上重传。正在发送的移动单元必须禁止自己的接收器以防止在一时延后接收到它自己的话音。当移动单元在该信道上发送时，其它的移动单元由于在该信道上检测到业务量而被禁止进行广播。这可以通过在移动单元上提供一个“按键通话”按钮而最容易地获得。“按键通话”按钮将允许移动单元发送(假定无其它移动单元或调度员已经在此通道内上发送)并禁止接收。

本发明还提供了一个在蜂窝无线系统中使用的移动无线单元，该单元包括在其在信道上检测到其它业务量时能禁止单元在广播信道上发送的装置。

本发明还提供了一个在蜂窝无线系统中使用的移动无线单元，该单元包括能在其在广播信道上发送时禁止单元的接收的装置。

一个移动交换中心可以支持多于一个的广播网络，它可以覆盖不同广播区域(如不同警察辖区)或重叠的广播区域(如同一区域内的火警，匪警和急救服务)。

因此本发明允许一个广播设施被提供给一个蜂窝系统内许多移动单元或它们之间。通常的业务量可以按传统的方式在同一上承载。

虽然广播服务参考紧急服务的应用被描述，此设施也可以提供给其它需要相似业务诸如出租汽车司机，包裹信使，铁路驾驶员等用户。

Claims (11)

1．一种蜂窝无线系统包括：一个交换中心(MSC)和多个每个有多条业务信道服务于一相关网孔的基站(11,12,13)，及多个移动单元(Ma,Mb,Mc,Md,Me,Mf)，其中多个无线基站的每一个均有一相应的专用于广播服务的信道(Fx,Ta)，及一个至少有一些能鉴别广播服务信道的移动单元的选定组，所以来自交换中心(MSC)的一个呼叫可以被基站(11)在信道上发送给各网孔内该移动无线单元(Ma,Mb)的选定组，

其特征在于，每一个基站(11,12,13)包括发送一寻呼信号的装置，选定组的每个移动单元(Ma,Mb,Mc,Md,Me,Mf)具有发送对寻呼信号相应的装置，以及每个基站具有在那些收到一或多个对寻呼信号响应的基站为广播服务指明一信道的装置。

2．按照权利要求1的一种蜂窝无线系统，其特征在于包括能在广播过程中定期重复寻呼信号的装置。

3．按照权利要求2的一种蜂窝无线系统，其特征在于这样安排，在每一个网孔内，只有在该网孔内一个或多个移动单元继续响应重复的寻呼信号时，一个信道才继续被专用于广播服务。

4．按照权利要求2或3的一种蜂窝无线系统，其特征在于这样安排，在一个广播期间，如果从网孔中的一移动单元收到一对寻呼信号的响应，且此网孔目前无信道专用于广播服务，随后一条信道将在该网孔中专用于广播服务。

5．按照权利要求1至3中任何一项的一种蜂窝无线系统，其特征在于这样安排，如果在一个没有空闲信道的网孔中，有一或多个移动单元响应一寻呼，从一现存的呼叫夺取一信道。

6．按照权利要求5的一种蜂窝无线系统，其特征在于包括能在一信道被夺取前，向现存的呼叫各方发送一警告信息的装置。

7．按照权利要求1至3或6中任何一项的一种蜂窝无线系统，其特征在于可以从其中一个移动单元始发一个广播。

8．按照权利要求7的一种蜂窝无线系统，其特征在于包括从一个移动单元使用专用于广播服务的信道始发一个广播的装置。

9．按照权利要求8的一种蜂窝无线系统，其特征在于一旦其中一个移动单元始发一个广播，该移动单元所通信的基站执行一个定时调整到从该移动单元到基站的通信路径上。

10．一个移动无线单元，其特征在于包括在其在信道上检测到其它业务量时能禁止单元在广播信道上发送的装置，用于按照权利要求6的一种蜂窝无线系统中。

11．一个移动无线单元，其特征在于包括能在其在广播信道上发送时禁止单元的接收的装置，用于按照权利要求6的一种蜂窝无线系统中。

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